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专题13 原子与原子核从近几年高考试题来看,光电效应方程、核反应方程以及与动量结合是考查的重点,以选择题的形式考查,分值为6分.根据全国卷命题特点,预计2019年高考中,可能考查面扩大,考查会集中在粒子散射实验,氢原子光谱和能级结构及光电效应方程,核反应中的衰变,粒子的波动性,核力和结合能、质能方程等知识点.【备考建议】【经典例题】考点一光电效应规律【典例1】(2018广东中山模拟)(多选)如图所示,用导线把验电器与锌板相连接,当用紫外线照射锌板时,发生的现象是( )A.有光子从锌板逸出B.有光电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度D.锌板带负电【典例2】光电效应方程的应用(2018成都模拟)分别用波长为和的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为13,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为( )A.B.C.D.解析:设此金属的逸出功为W0,根据光电效应方程当用波长为的光照射时有Ek1=-W0.当用波长为的光照射时有Ek2=-W0又=可解得W0=,故选B.考点二光电效应图像问题【典例3】(2018宜兴市模拟)从1907年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图1所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K,A之间的反向电压)与入射光的频率,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性.按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的Uc-图像如图2所示.下列说法正确的是( )A.该金属的截止频率约为4.271014HzB.该金属的截止频率约为5.501014HzC.该图线的斜率为普朗克常量D.该图线的斜率为这种金属的逸出功解析:设金属的逸出功为W0,截止频率为c,则有W0=hc;光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是Ek=eUc,光电效应方程为Ek=h-W0;由此可得Uc=-,故Uc与图像的斜率为,故C,D错误;当Uc=0时,可解得=c,此时读图可知,c4.271014 Hz,即金属的截止频率约为4.271014 Hz,A正确,B错误.【典例4】(2018九江模拟)研究光电效应的电路如图所示,用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流.下列光电流I与A,K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是( )解析:同种光对应的遏止电压即光电流I=0时对应的反向电压为一确定值;在发生光电效应的条件下,光越强,饱和电流越大.故C正确,A,B,D错误.考点三光的波粒二象性物质波【典例5】(2018陕西宝鸡模拟)关于物质的波粒二象性,下列说法中不正确的是( )A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性B.大量光子的行为表现出光的波动性,而少量光子的行为表现出光的粒子性C.光的波长越长,粒子性越明显,光的频率越高,波动性越明显D.宏观物体的德布罗意波的波长太小,实际很难观察到波动性解析:光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律,大量光子的行为表现出光的波动性,而少量光子表现出光的粒子性.光的波长越长,波动性越明显,光的频率越高,粒子性越明显.宏观物体的德布罗意波的波长太小,实际很难观察到波动性,故A,B,D正确,C错误.【典例6】(2018河北邢台模拟)(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有( )A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等考点四 氢原子能级及原子跃迁【典例7】(2017广元二模)如图所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠,说法正确的是( )A.这群氢原子能发出三种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最短B.这群氢原子能发出两种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率最小C.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 eVD.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 eV解析:一群氢原子处于n=3的激发态,向低能级跃迁时可能放出3种不同频率的光子,从n=3跃迁到n=1辐射的光子频率最大,波长最短,故A,B错误; n=3跃迁到n=1辐射的光子能量最大,为12.09 eV,则光电子的最大初动能Ek=h-W0=12.09 eV-2.49 eV=9.60 eV.故C正确,D错误.【典例8】(2018长沙模拟)(多选)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是( )A.电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的B.电子在绕原子核做圆周运动时,稳定地产生电磁辐射C.不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子 吸收D.氢原子光谱有很多不同的亮线,说明氢原子能发出很多不同频率的光,但它的光谱不是连续谱解析:电子运动的轨道半径是不连续的,故A正确;电子在绕原子核做圆周运动时,不会产生电磁辐射,只有跃迁时才会产生电磁辐射,故B错误;由于氢原子发射的光子的能量E=Em-En=E1-E1=h,不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子吸收,故C正确;光谱有很多不同的亮线,说明氢原子能发出很多不同频率的光,是线状谱,不是连续谱,故D正确.考点五 原子核的衰变半衰期【典例9】(2018太原模拟)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示.两块平行放置的金属板A,B分别与电源的两极a,b连接,放射源发出的射线从其上方小孔向外射出.则( )A.a为电源正极,到达A板的为射线B.a为电源正极,到达A板的为射线C.a为电源负极,到达A板的为射线D.a为电源负极,到达A板的为射线【典例10】(2017潍坊一模)14C是碳元素的一种具有放射性的同位素,其半衰期约为5 700年.在某次研究中,测得考古样品中14C的含量大约是鲜活生命体中14C含量的 ,则样品生活的年代约是( )A.11 400年前B.17 100年前C.22 800年前D.45 600年前解析:设原来14C的质量为M0,衰变后剩余质量为M ,则有M=M0,其中n为发生半衰期的次数,由题意可知剩余质量为原来的,故n=3,所以死亡时间为35 700=17 100年,故A,C,D错误,B正确.考点六核反应类型与核反应方程【典例11】(2018江西九江模拟)用中子轰击锂核,产生氚和粒子并放出4.8 MeV的能量,则该核反应方程为 ,上述反应中的质量亏损为 kg(保留两位有效数字).考点七 核力与核能【典例12】(2018四川成都模拟)(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电,U是核电站常用的核燃料,U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分,并产生 个中子.要使链式反应发生,裂变物质的体积要 (选填“大于”或“小于”)它的临界体积.解析:(1)核反应中遵守质量数守恒和电荷数守恒,且该核反应方程为U+nBa+Kr+n,即产生3个中子.临界体积是发生链式反应的最小体积,要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积.(2)取质子的质量mp=1.672 610-27 kg,中子的质量mn=1.674 910-27 kg,粒子的质量m=6.646 710-27 kg,光速c=3.0108 m/s.请计算粒子的结合能.(计算结果保留两位有效数字)(2)组成粒子的核子与粒子的质量差m=(2mp+2mn)-m,结合能E=mc2代入数据得E=4.310-12 J.【走进高考】1在核反应方程中，X表示的是A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 粒子【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷）2用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19 J。已知普朗克常量为6.6310-34 Js，真空中的光速为3.00108 ms-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（ ）A. 11014 HzB. 81014 HzC. 21015 HzD. 81015 Hz【来源】2018年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）3氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定A. 对应的前后能级之差最小B. 同一介质对的折射率最大C. 同一介质中的传播速度最大D. 用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能【来源】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）4国家大科学过程中国散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是A. 俘获一个粒子，产生并放出一个粒子B. 俘获一个粒子，产生并放出一个粒子C. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子D. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子【来源】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）6【2017新课标卷】大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是。已知的质量为2.013 6 u，的质量为3.015 0 u，的质量为1.008 7 u，1 u=931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为： （ ）A3.7 MeV B3.3 MeV C2.7 MeV D0.93 MeV7 【2017天津卷】我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是： （ ）A BC D 8 【2017江苏卷】（多选）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有： （ ）（A）核的结合能约为14 MeV（B）核比核更稳定（C）两个核结合成核时释放能量（D）核中核子的平均结合能比核中的大9 【2017新课标卷】（多选）在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是： （ ）A若ab，则一定有Uab，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有Ekab，则一定有haEkahbEkb10 【2017北京卷】2017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm（1 nm=109 m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.61034 Js，真空光速c=3108 m/s）： （ ）A1021 J B1018 J C1015 J D1012 J1.【答案】 A【解析】设X为：，根据核反应的质量数守恒：，则：电荷数守恒：，则，即X为：为质子，故选项A正确，BCD错误。点睛：本题考查了核反应方程式，要根据电荷数守恒、质量数守恒得出X的电荷数和质量数，从而确定X的种类。 2.【答案】 B则代入数据可得： ，故B正确；故选B点睛：本题比较简单，知道光电效应方程并利用方程求解即可。3.【答案】 A度最大，BC错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，D错误【点睛】光的波长越大，频率越小，同一介质对其的折射率越小，光子的能量越小4.【答案】 B【解析】根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为、，故只有B选项符合题意；【点睛】核反应过程中，质量数与核电荷数守恒，应用质量数与核电荷数守恒即可写出核反应方程式51934年，约里奥-居里夫妇用粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为A. 15和28 B. 15和30 C. 16和30 D. 17和31【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国III卷）5.【答案】 B【解析】试题分析 本题考查核反应方程遵循的规律及其相关的知识点。解析 根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2+13=15，质量数为4+27-1=30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，选项B正确。点睛 此题与2014年高考上海试题和2013年高考重庆试题类似，都是给出核反应方程，要求利用核反应同时遵循的质量数守恒和电荷数守恒解答。6【答案】B【解析】根据质能方程，释放的核能，则，故B正确，ACD 错误。【名师点睛】本题考查质能方程，注意原子核的质量单位不是kg，由质能方程求核能时要细心。7【答案】A【名师点睛】本题的关键是知道核反应的分类，区别衰变和核反应。8【答案】BC【名师点睛】本题主要是要理解比结合能的含义，知道结合能与比结合能的区分与关系以及在核反应过程中由比结合能小的反应生成比结合能大的要释放能量9【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程，又由动能定理有，当时，A错误，B正确；若，则有，C正确；同种金属的逸出功不变，则不变，D错误。【名师点睛】本题主要考查光电效应。发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目；光电子的最大初动能和遏止电压由照射光的频率和金属的逸出功决定；逸出功由金属本身决定，与光的频率无关。10【答案】B【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同，故选B。【名师点睛】根据题意可知光子的能量足以电离一个分子，因此该光子的能量应比该分子的电离能大，同时又不能把分子打碎，因此两者能量具有相同的数量级，不能大太多。
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